Что дает облегченный маховик: что это такое, плюсы и минусы, как сделать

Содержание

Облегченный маховик на ваз 2110

Если уж начался процесс улучшения характеристик авто, то его невозможно закончить, можно лишь прекратить. Постоянно находятся все новые и новые устройства, нуждающиеся в усовершенствовании. Обычно при этом стараются выжать от машины все возможное и немного больше. Одним из способов получения «больше» будет вариант, когда выполняется замена штатного на облегченный маховик.

Содержание

Общие рассуждения про маховик
Что дает облегченный маховик?
Как облегчить маховик своими руками

Общие рассуждения про маховик

Если просто вспомнить, для чего нужен маховик, то сразу приходит на память четырехтактный цикл работы ДВС, поршни в мертвых точках и вывод их из этого положения. Ну и обеспечение выполнения вспомогательных тактов при работе мотора. Есть и другие задачи, в которых задействован маховик, но на улучшение динамики движения они не влияют, поэтому касаться их сейчас не будем. Стоит только иметь в виду, что они должны быть сохранены.

Масса диска, повешенного на коленчатый вал, составляет шесть-семь килограммов в зависимости от модели машины. За счет этого, используя накопленную кинетическую энергию, маховик демпфирует неравномерности вращения коленвала, но и сам отбирает некоторую часть мощности мотора на свое вращение. Вот уменьшение энергии, затрачиваемой на его раскручивание, и имеется в виду, когда говорят про облегчение маховика.

Что дает облегченный маховик?

Чем же так интересен облегченный маховик, что вызывает множество споров и разговоров о вреде и пользе подобного тюнинга? Слово облегченный само по себе определяет те достоинства, которые приобретает маховик – он легче штатного, а значит, его проще раскрутить, на это потребуется меньшая мощность, забираемая от двигателя. Таким образом, появляется дополнительная энергия, которая может быть использована для улучшения динамики машины.

Однако рассматривая облегчение маховика, следует иметь в виду:

Автомобиль не станет быстрее ехать по дороге или спокойно преодолевать тягуны на пятой передаче. Он будет быстрее разгоняться и быстрее набирать максимальную скорость.
Облегченный маховик действительно дает прирост мощности, но только в том случае, если облегчить стандартный маховик не менее чем на четыре килограмма.
Устанавливать облегченный маховик надо на высокооборотистых двигателях, например таких, как ВАЗ 2110. Именно для них актуальна проблема выхода на максимальные обороты, т.к. в этом случае они демонстрируют максимальную мощность.
Для получения дополнительной мощности недостаточно только поставить на автомобиль облегченный маховик. Значительная отдача от всей подобной процедуры будет обеспечена, когда она выполняется комплексно – облегчить надо коленвал, шатуны, поршни, кольца и т.д.

Однако надо учитывать, что облегченный маховик дает не только положительный эффект от своего использования, но с ним связаны и определенные отрицательные явления:
Обороты двигателя уменьшаются быстрее, чем на обычном моторе.
Облегченный маховик вызывает ухудшение работы двигателя на холостых оборотах, при его использовании на автомобиле необходимо будет провести дополнительно регулировку холостого хода, иначе он может на нем глохнуть.
Более легкий, доработанный диск обладает меньшей прочностью.

Как облегчить маховик своими руками

Чтобы лучше понимать, о чем идет речь, достаточно взглянуть на фото, приведенное ниже, на котором изображён облегченный диск.

Другим подходом является выполнение всех работ самостоятельно, своими руками, включая и механическую обработку маховика. Доработка заключается в удалении лишнего металла, причем имеет решающее значение, откуда это удаление производится. Подобная процедура приведена на видео

Делать это необходимо как можно дальше от центра маховика, удаление же металла на малом радиусе только снижает прочность изделия.

Как это сделать? Надо использовать соответствующее оборудование, с его помощью достаточно просто можно изготовить облегченный маховик хоть на ВАЗ 2110, хоть на 2108, 2107 и другие модели. Часто при внесении таких изменений пользуются имеющимися чертежами, как пример можно привести хорошо известные варианты доработки (заштрихованы участки, где снимается металл).

Облегченный маховик. Зачем нужно облегчение маховика

Облегченный маховик – неотъемлемая часть тюнингового автомобиля.

Много всяких мнений существует по поводу облегченных маховиков. Кто-то говорит, что облегченный маховик – это пустая безделушка и лишняя трата денег. Кто-то доказывает себе и окружающим, что облегченный маховик добавил его автомобилю небывалую прыть. Давайте попробуем внести хоть какую-то ясность в этот вопрос. Почему же так по-разному все относятся к облегченному маховику, уже давно ставшему неотъемлемой частью спортивного (тюнингового) двигателя?

Многие, пытаясь теоретически посчитать «приход» от облегченного маховика, бросают это «неблагодарное» занятие, загрузившись основами теоретической механики. Мы попробуем вычислить приблизительную разницу, упростив задачу и учитывая только инерционные составляющие облегченного маховика. Можно прикинуть разницу работ, совершаемых, скажем, при разгоне автомобиля с массой 900 кг и рабочим диапазоном двигателя 3000…6000 об/мин («околостандартный» двигатель) до скорости 150 км/ч.

Примем разницу в весе маховиков до и после облегчения 1,5 кг. Это тот вес, потеря которого не сказывается на прочности облегченного маховика, и, что немаловажно, который можно удалить с максимального радиуса облегченного маховика. Удаление металла с мест, расположенных на небольшом радиусе, дает снижение прочности и незначительное понижение момента инерции. Это одна из причин, по которой разные облегченные маховики дают различный эффект или, вернее, иногда его отсутствие.

Далее примем, что мы стартуем с 3000 об/мин и разгоняемся вплоть до 150 км/ч (41,7 м/с) на 1-й, 2-й, 3-й и 4-й передачах. Если у нас стандартная коробка передач, то диапазоны выглядят так: 1-я передача 3000. ..6500 об/мин, переключение на 2-ю передачу на 3500…6500 об/мин, переключение на 3-ю передачу на 4500…6500 об/мин (VА = 132 км/ч), переключение на 4-ю передачу на 4500…5100 об/мин (VА = 150 км/ч).

Работу, совершенную по разгону автомобиля (инерционная составляющая), можно выразить через разницу кинетических энергий:
А = Ek_(v=150)—Ek_(v=0) => (M*V2)/2
Получаем:
EK =(900*41,72)/2=781,3 кДж

Теперь посчитаем, какую энергию затрачивает двигатель на то, чтобы раскрутить «лишнюю» массу маховика, т.е. наши 1,5 кг. Очевидно, что энергия эта будет равняться сумме работ на каждой передаче:
∑А=А1+А2+А3+А4
где А1 = Еk_{(при 6500)}—Еk_{(при 3000)}
А2 = Еk_{(при 6500)}—Еk_{(при 3500)}
А3=Еk_{(при 6500)}—Еk_{(при 4500)}
А4=Еk_{(при 6500)}—Еk_{(при 5100)}

Кинетическая энергия вращающегося тела (облегченного маховика) вычисляется таким образом:
EKmax =(JM*w2)/2
где JM – момент инерции облегченного маховика,
w – угловая скорость, p*n/30

Под JM мы будем подразумевать не момент инерции облегченного маховика, а только тех 1,5 кг, которые мы лишили нашу деталь – облегченный маховик.

Если учесть, что съём металла для двигателей 08-10 семейства, при изготовлении облегченного маховика, происходит на радиусе около 140 мм, то:
JM = 1,5 х 0,142 = 0,294 кг

Соответственно:

w_{(при 6500)} =680,7 (с-1)
w_{(при 5100)}=533,8 (с-1)
w_{(при 4500)}=471 (с-1)
w_{(при 3500)}=366 (с-1)
w_{(при 3000)}=314 (с-1)

Еk_{(при 6500)}=6811 (Дж)
Еk_{(при 5100)}=4188 (Дж)
Еk_{(при 4500)}=3261 (Дж)
Еk_{(при 3500)}=1969 (Дж)
Еk_{(при 3000)}=1449 (Дж)

SА=16377 (Дж) или 16,38 (кДж)

А это, как ни крути, 2,1% от работы затрачиваемой на разгон массы автомобиля.

Причем это существенная экономия работы (2,1%) только за счет облегченного маховика, а ведь есть еще другой прием в спортивном и тюнинговом двигателестроении – облегчение коленвала.

Понятно, что расчет не учитывает силы сопротивления дороги и воздуха, которые начинают значительно сказываться с ростом скорости. Однако, он позволяет оценить примерный эффект не на словах. Дальше каждый сам для себя решает необходимость установки облегченного маховика на собственный автомобиль.

Также, следует учесть, если произвести расчеты облегченного маховика для более высокооборотного двигателя (~9000 об/мин), то можно увидеть, что влияние лишнего веса на маховике сказывается более значительно (квадратичная зависимость).

облегченный маховикоблегченный маховик

облегченный маховик переднеприводной Лады

облегченный маховикоблегченный маховик

облегченный маховик заднеприводной Лады

Важно не забывать одно: все доработки, связанные с силовым агрегатом, начинают «хорошо работать» только при грамотной комбинации деталей и качественном их монтаже. И еще необходимо помнить – все изменения должны производиться не в ущерб безопасности автомобиля, в качестве примера можно привести бездумное облечение маховика, снижающее его прочность и надежность. Такие облегченные маховики часто встречаются на нашем рынке.

Уменьшение вращающейся массы — легкие маховики и муфты высвобождают больше мощности

Маховики необходимы на поршневых двигателях, потому что они сохраняют импульс от одного такта сгорания к другому. Ранние двигатели были настолько неэффективны, что им приходилось иметь огромные маховики, чтобы поддерживать их работу. Современные автомобили по-прежнему извлекают пользу из тяжелого маховика, но для гонок лучше использовать меньший вес.

Чтобы узнать больше о том, как работают облегченные маховики и почему, мы связались с Дэном Дженкинсом, техническим специалистом и специалистом по продуктам Fidanza Performance, компании, которая начала с производства облегченных маховиков для ранних автомобилей Jaguar, а затем расширилась до полной линейки продуктов. маховиков и сцеплений для европейских, японских и отечественных автомобилей.

Первый вопрос несколько очевиден: если современные двигатели настолько хороши и им не нужна вся масса большого тяжелого маховика, почему автомобили не поставляются с завода с облегченными маховиками?

Вот где современные автомобили извлекают пользу из более тяжелых маховиков. Вождение с частыми остановками, плавное вождение и снижение резкости — все это ключ к приятному вождению. Фактически, автомобили теперь поставляются с двухмассовыми маховиками, которые представляют собой двухкомпонентную конструкцию с центром в виде пружины-ступицы, мало чем отличающуюся от диска сцепления. Двухкомпонентная конструкция изолирует шумовую вибрацию и жесткость, что необходимо для современного уличного автомобиля.

Для гонок приятное вождение означает победу, а вес часто мешает победе. На гоночном автомобиле небольшой дополнительный шум и вибрация, связанные с легким маховиком, стоят компромисса, но о какой потере веса мы говорим?

«В среднем мы на 40-60% легче, чем OEM», — сказал Дженкинс. «Это зависит от приложения, в зависимости от того, используете ли вы одномассовый или двухмассовый маховик OEM».

С облегченным маховиком вы сразу же заметите, что двигатель быстрее набирает обороты. Вы высвобождаете мощность, которую уже производит ваш двигатель, и отправляете ее на задние колеса, а не рассеиваете ее в виде паразитных потерь. Есть и другие преимущества.

«Помогает снизить износ сцепления и повысить его эффективность. Благодаря тому, что легкие алюминиевые маховики лучше рассеивают тепло по сравнению со стальным маховиком, это продлит срок службы самого сцепления», — сказал Дженкинс. «Сам материал будет рассеивать тепло через две поверхности по сравнению с одной твердой стальной поверхностью, которая будет удерживать тепло в этой области сцепления, перегревать ее и вызывать больший износ. Это также помогает с более быстрым и плавным переключением передач, с меньшей массой вращения, легче входить и выходить из ворот и выполнять согласование оборотов для процесса переключения».

Для уличных приложений, где вы можете использовать автомобиль в качестве ежедневного водителя в дополнение к HPDE, существует такая вещь, как слишком легкий. В дополнение к резкому зацеплению и вышеупомянутой вибрации, слишком легкие маховики могут вызвать срабатывание индикатора проверки двигателя, препятствовать плавному холостому ходу или создавать ситуацию, когда для ускорения автомобиля необходимы чрезмерные обороты. Но для гонок, где вы почти всегда работаете в верхнем диапазоне оборотов на верхних передачах, чем легче, тем лучше.

Для инерционных автомобилей, которые не развивают большой мощности, однодисковые установки прекрасно работают с облегченным маховиком. Для более быстрых приложений выбор маховика и настройки сцепления зависит от лошадиных сил, и если вы развиваете достаточную мощность, чтобы зажимные нагрузки на нажимной диск были высокими и он больше напоминал выключатель, возможно, лучше пойти с двухдисковая установка.
«Самое главное, когда дело доходит до сопряжения маховика со сцеплением, — это мощность, которую производит автомобиль», — сказал Дженкинс. «Так что дело не в методологии проектирования для конкретного материала. Материал, который у нас есть для фрикционной поверхности маховика, предназначен для сопряжения с чем угодно: от органического сцепления в стиле OEM до керамики, кевлара и спеченного железа. Все это будет работать без проблем. Это просто вопрос ваших привычек вождения, на которые вы смотрите, прежде чем выбрать сцепление».

Установка с двумя дисками имеет гораздо большую площадь поверхности, поэтому вам не нужно большое усилие зажима. Однако во многих случаях с двойным диском его мощность превышает мощность, которую выдает автомобиль, поэтому в этом нет необходимости.

Fidanza фрезерует свои маховики из алюминия 6061-T6 с термообработанной и уплощенной сталью 1050 для поверхности трения. Поверхность трения можно заменить, отсоединив ее от алюминиевой части и прикрутив новую с новыми самостопорящимися креплениями. Прежде чем выпустить их на рынок, Fidanza отправляет все свои продукты на сертификацию SFI.

«Они будут раскручивать его до 150 процентов оборотов в минуту от транспортного средства, в котором он будет работать, поэтому в среднем их раскручивают примерно до 10 000, чтобы убедиться, что они не взорвутся, чтобы сделать уверен, что они не развалятся на более высоких оборотах», — сказал Дженкинс. «Некоторые приложения раскручиваются до 15 000 об/мин, но в среднем от 10 000 до 12 000, так что вы знаете, что они не развалятся посреди гонки».

РЕСУРСЫ
www.fidanza.com

ГОНОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ

RACE CAR TECH

UUC * Как работает облегченный маховик

Как
облегченный маховик работает

Как работает облегченный маховик? Среди
большинство, есть
есть две точки зрения на легкие маховики. Первый
что они не влияют на выходную мощность. Во-вторых, они
делать. Какая мысль правильная? На самом деле и то, и другое в каком-то смысле верно.

Если бы мы сначала измерили выходную мощность двигателя с помощью света
маховик, а затем снова со стандартной частью на динамометрическом стенде двигателя, нет
произойдет смена власти. Сначала кажется, что
легкий маховик ничего не сделал и был пустой тратой денег. Это
не тот случай. Диностенд, который показывает максимальную мощность при постоянных оборотах, не
продемонстрировать, что происходит с выходной мощностью двигателя в реальной жизни
ситуации — как ускорение. Если двигатель разгоняется на диностенде
(мы говорим о скорости около 2000 об/мин в секунду) это покажет
выходная мощность примерно на 20-25% меньше, чем при постоянном числе оборотов.

Причина этого в том, что при разгоне автомобиля двигатель
толкать должна не только общая масса автомобиля, но и внутренние
Компоненты двигателя также нуждаются в ускорении. Это имеет тенденцию к
поглощать больше энергии, так как дополнительная мощность используется для ускорения внутреннего
масса компонентов двигателя и почему двигатель разгоняется на динамометрическом стенде
будет производить меньше мощности, чем при постоянных оборотах. Также должно быть
вспомнил, что скорость ускорения на внутренностях двигателя равна
гораздо больше, чем остальная часть автомобиля. Тогда это предполагает, что
облегчив маховик, потребуется меньшая мощность для его разгона
и, следовательно, будет больше энергии, чтобы толкать машину вперед.

Теперь может показаться невероятным, что, сняв несколько фунтов с
маховик заметная разница с ускорением автомобиля весом более 3000 фунтов будет
быть сделано. На самом деле разница довольно заметна и секрет
за этим скрывается коробка передач. Всем известно, что автомобили
ускорение с большей скоростью на низких передачах, потому что передача автомобиля
коробка в основном механический рычаг и точно так же, как при использовании
поднять тяжелый предмет, коробка передач уменьшает массу автомобиля,
двигатель видит. Например, на первой передаче двигатель увидит
масса всего около 250 фунтов, но внутренняя масса двигателя все равно
оставаться около 45lbs.

Что касается «виртуальной» потери веса типичного облегченного маховика в
3-й серии или М3 мы подготовили полный математический анализ:

Расчеты
для маховиков UUC с точной «виртуальной» потерей веса на каждой передаче

M3
/ 3-й серии (E36 и E46, 1992-2004 гг.) нажмите здесь, чтобы скачать Acrobat .pdf
файл

M5/Z8/
540i (1996–2003 гг.) щелкните здесь, чтобы загрузить файл Acrobat в формате .pdf

Теперь легче понять, откуда
облегчить маховик. Вы эффективно «облегчаете» автомобиль более чем на 10% в
первую передачу, просто сняв массу с маховика. В качестве снасти используется
увеличивается, этот «осветляющий» эффект снижается. Вот почему автомобиль
улучшение ускорения уменьшается на более высоких передачах, что очень эффективно на верхних передачах
механизм. Отлично подходит для перетаскивания и узких гоночных трасс, но не увеличивает
максимальная скорость автомобиля.

Вы увидите, что расчеты включают диаметр маховика,
потерянный вес (такая же общая разница вращающейся массы в UUC Stage1 или
Ступень 2 из-за разницы в весе нажимного диска), передаточные числа, включая
6-скоростное приложение и типичный коэффициент дифференциала.

Эффективные «виртуальные» потери веса:

ШЕСТЕРНЯ	M3 и 3-я серия «виртуальный» Потеря веса:	M5/Z8/540i «виртуальный» Потеря веса:
1-я передача	346,5 фунтов.	394,4 фунта.
2-я передача	133,15 фунта.	151,7 фунта.
3-я передача	68,9 фунта.	75,4 фунта.
4-я передача	46,18 фунта.	48,5 фунтов.
5-я передача	36,15 фунтов.	37,6 фунта.
Шестая передача	30,04 фунта.	31,0 фунта.

Общее правило для веса
эквивалентность потери «приобретенной» мощности составляет примерно 10 фунтов на л.с. Это
на каждые потерянные 10 фунтов автомобиль получает эффективное увеличение производительности
от 1л.с.

Учитывая это, эффективное увеличение производительности, выраженное в
можно ожидать, что полученная мощность будет такой же, как «виртуальный» вес
теряется из-за маховика в каждой передаче, деленной на 10:

ШЕСТЕРНЯ	M3 и 3-я серия «виртуальный» прирост производительности:	M5/Z8/540i «виртуальный» прирост производительности:
1-я передача	34,6 л. с.	39,4 л.с.
2-я передача	13,3 л.с.	15,2 л.с.
3-я передача	6,9 л.с.	7,5 л.с.
4-я передача	4,6 л.с.	4,9 л.с.
5-я передача	3,6 л.с.	3,8 л.с.
Шестая передача	3 л.с.	3,1 л.с.

Это усиление, зависящее от передачи, является еще одной причиной, по которой
типичная 4-я передача
dyno pull может не показать существенной разницы — расчеты показывают
что будет обнаружено немногим более 4 л.с., но работа динамометра на 4-й передаче
ничего не показывает реального ускорения через передачи.